基于PLC控制的水位報警裝置設計

薛 鋒 張 朋

（大同煤礦集團四老溝礦，山西 大同 037000）

大同煤礦集團四老溝礦鑒于井下主排水系統(tǒng)仍采用人工控制，不具備根據(jù)水位或其他參數(shù)自動開停水泵，以及遠程控制開停水泵等功能的問題，現(xiàn)自主開發(fā)一套PLC控制系統(tǒng)，增加手動與自動引水、排水、停機功能。

1 水位聲光報警裝置具備的功能

正確測量并顯示水倉水位；根據(jù)實際情況設置水位上下限；根據(jù)實際要求設置引水閥打開時間；設定值掉電保持；超過水位上限聲光報警同時打開引水閥及水泵電機進行排水；低于水位下限聲光報警同時關閉水泵電機；手動排水停機。

2 主電路

圖1 主電路圖

3 水位傳感器原理

根據(jù)水中壓強P=ρgH,壓力F=P·S可知，壓強與深度H成正比，當面積一定時，壓力與壓強成正比，所以測量水深可以轉(zhuǎn)化為測量壓力。通過壓力傳感器，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電流信號送入模擬量模塊，再通過PLC處理就可以變?yōu)閿?shù)字信號。

4 傳感器信號處理方法及編程

使用FX2N-4AD模塊接收水位傳感器的模擬信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，該模塊可接收電流和電壓兩種輸入信號。4個輸入通道，12位分辨率。信號范圍：-10V～ +10V；4～20mA；或 -20mA～20mA。共有32個16位的緩沖存儲器（BFM），用來與主單元交換數(shù)據(jù)。[1]

（1）模塊位置編號確定

PLC特殊功能模塊的位置編號是這樣確定的：從基本單元最近的模塊算起，由近及遠分別是0#、1#、2#、3#……。該裝置只使用到1個4AD模塊，所以編號為0#。

（2）特殊功能模塊讀指令FROM與寫指令TO

FROM指令用來讀取緩存器中的數(shù)據(jù)，TO指令用于將數(shù)據(jù)寫入模塊緩存器中。

（3）傳感器信號接收通道組態(tài)選擇BFM#0

該模塊有4個通道，每個通道均可以處理電壓、電流信號，而且有四個狀態(tài)選擇：0：-10V～+10V,1：4mA～20mA，2：-20mA～20mA，3：通道關閉。

水位傳感器輸出的是電流信號，所以每個通道選擇1：4mA～20mA。將H1111寫入模塊0#緩存器，即每個通道處理電流信號。

（4）傳感器數(shù)據(jù)讀取緩存寄存器BFM5#-BFM12

模塊接收的水位傳感器信號通過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后被存放在緩存器中。5～8#緩存器存的分別是4個通道的平均采樣值，9～12#緩存器存的是當前值。PLC再通過FROM讀指令存入PLC數(shù)據(jù)單元。該裝置程序使用平均采樣值。

將通道CH1～CH4的平均采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后存入PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器中，即將4個水倉水位值分別存入到D90、D91、D92、D93。

（5）傳感器函數(shù)關系式

當電流為4mA即4000μA時，水位對應0m，當電流為20mA即20000μA時，水位對應8m即為800cm。同時水位與電流呈線性關系。故設函數(shù)關系式y(tǒng)=kx+b，其中y代表水深，x代表傳感器電流。

（6）零點與增益值設定BFM24#

水深與電流的函數(shù)圖像如圖2。

圖2 水深與電流的函數(shù)圖像

零點為當y=0時對應的x的值，所以零點為4000μA。

增益為當y=1000cm時對應的y的值，所以增益值24mA也就是24000μA。

（7）裝置停電但設定值保持

停電保持數(shù)據(jù)寄存器D200∽D511，除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會丟失。無論電源接通與否，PLC運行與否，其內(nèi)容也不會變化。將設定的上下限與引水持續(xù)時間保存在停電保持數(shù)據(jù)寄存器就可以實現(xiàn)停電不丟失。[3]

（8）超過上限與下限的動作實現(xiàn)

是否超過上限或者下限，需要將水位傳感器的信號與設定值比較，采用PLC比較指令CMP，將比較結(jié)果存入中間寄存器。通過中間寄存器的值控制聲光信號與引水、排水動作信號。

例如CMP D1 D2 M0

D1、D2兩個數(shù)比較,將 ＞、=、＜三個狀態(tài)輸出到三個狀態(tài)！而M0為首地址、依次是M0、M1、M2。

（9）引水、排水的打開與關閉[2]

以通道1為例，當水位超過上限時，M0狀態(tài)為1，引水電磁閥打開，經(jīng)過設定的延時后再關閉。引水關閉的同時，排水水泵延時導通定時器狀態(tài)為1，Y15狀態(tài)為1，排水水泵開關打開進行排水。當排水到水位下限后，超下限M14狀態(tài)為1，Y15狀態(tài)為0，水泵開關斷開。

（10）上下限及引水延時設定方法

接下來一段時間，當?shù)胤适谢颈３制椒€(wěn)，價格以及銷量變化不大。農(nóng)民對于新型肥料的接受程度每年都有所上升，但上升幅度不大。湖南隆科農(nóng)資連鎖有限公司以銷售傳統(tǒng)肥料為主，但目前隨著國家政策的導向和市場環(huán)境的變化，逐漸在向新型肥料領域擴展業(yè)務，并成立新型肥料研發(fā)中心，任命專門的技術(shù)人員從事新型肥料的推廣工作。

上下限及引水延時設定使用工控觸摸屏數(shù)據(jù)設定功能，通過連接電纜將設定值送入PLC。

（11）語音模塊

電源輸入：可接 7～30V 電壓供電。

功放輸出：直接驅(qū)動無源喇叭，足以驅(qū)動任何小型音箱，且聲音洪亮。

音頻輸出：雙聲道音頻信號輸出，可接 3.5耳機座輸出。

控制線接線端：8路對地開關量觸發(fā)。

工作狀態(tài)指示燈：工作狀態(tài)指示，通電常亮，播放或下載音頻文件時閃爍。

音量控制：音量控制，旋轉(zhuǎn)電位器進行音量大小調(diào)節(jié)。

5 總結(jié)

目前水位監(jiān)測報警裝置已應用于該礦副立井、南陽路坑底水倉，能夠準確測量并顯示水倉水位；能夠手動排水停機,動作可靠，故障率低，可以有效保護水泵電機。